p Uma equipe de cientistas da Escola de Engenharia da Universidade Tufts desenvolveu uma nova tecnologia de filtragem. Inspirado pela biologia, pode ajudar a conter uma doença relacionada à água potável que afeta dezenas de milhões de pessoas em todo o mundo e, potencialmente, melhorar a remediação ambiental, produção industrial e química, e mineração, entre outros processos. p Relatórios no Proceedings of the National Academy of Sciences , os pesquisadores demonstraram que suas novas membranas de polímero podem separar fluoreto de cloreto e outros íons - átomos eletricamente carregados - com o dobro da seletividade relatada por outros métodos. Eles dizem que a aplicação da tecnologia pode prevenir a toxicidade do flúor em fontes de água, onde o elemento ocorre naturalmente em níveis muito altos para consumo humano.

p É bem sabido que adicionar flúor ao abastecimento de água pode reduzir a incidência de cáries, incluindo cáries. Menos conhecido é o fato de que algumas fontes de água subterrânea têm níveis naturais tão elevados de flúor que podem causar graves problemas de saúde. A exposição prolongada ao excesso de flúor pode causar fluorose, uma condição que pode realmente enfraquecer os dentes, calcificar tendões e ligamentos, e levar a deformidades ósseas. A Organização Mundial da Saúde estima que as concentrações excessivas de flúor na água potável causaram dezenas de milhões de casos de fluorose dentária e esquelética em todo o mundo.

p A capacidade de remover o flúor com uma membrana de filtragem relativamente barata poderia proteger as comunidades da fluorose sem exigir o uso de filtração de alta pressão ou ter que remover completamente todos os componentes e então remineralizar a água potável.

p "O potencial das membranas seletivas de íons para reduzir o excesso de flúor no abastecimento de água potável é muito encorajador, "disse Ayse Asatekin, professor associado de engenharia química e biológica na Escola de Engenharia. "Mas a utilidade potencial da tecnologia se estende além da água potável para outros desafios. O método que usamos para fabricar as membranas é fácil de escalar para aplicações industriais. E porque a implementação como um filtro também pode ser relativamente simples, baixo custo e ambientalmente sustentável, poderia ter amplas aplicações para melhorar o abastecimento de água agrícola, limpando resíduos químicos, e melhorar a produção de produtos químicos.

p Por exemplo, teoricamente, o processo poderia melhorar os rendimentos das reservas geológicas limitadas de lítio para a produção sustentável de baterias de lítio ou urânio necessário para a geração de energia nuclear, disse Asatekin.

p Ao desenvolver o design das membranas sintéticas, A equipe de Asatekin foi inspirada pela biologia. As membranas celulares são notavelmente seletivas ao permitir a passagem de íons para dentro e para fora da célula, e podem até mesmo regular as concentrações internas e externas de íons e moléculas com grande precisão.

p Os canais iônicos biológicos criam um ambiente mais seletivo para a passagem desses pequenos íons, revestindo os canais com grupos químicos funcionais que possuem diferentes tamanhos e cargas e diferentes afinidades pela água. A interação entre os íons que passam e esses grupos são forçados pelas dimensões nanométricas dos poros do canal, e a taxa de passagem é afetada pela força ou fraqueza das interações.

p As membranas de filtração criadas pela equipe de Asatekin foram projetadas revestindo um polímero zwitteriônico - um polímero no qual grupos moleculares contêm cargas positivas e negativas intimamente ligadas em sua superfície - em um suporte poroso, criando membranas com canais mais estreitos do que um nanômetro cercados por grupos químicos com carga positiva e negativa tanto repelentes de água quanto. Tal como acontece com os canais biológicos, o tamanho muito pequeno dos poros força os íons a interagir com os grupos carregados e repelentes de água nos poros, permitindo que alguns íons passem muito mais rápido do que outros. No estudo atual, a composição do polímero foi feita para atingir a seleção de fluoreto vs cloreto. Ao alterar a composição do polímero zwitteriônico, deve ser possível direcionar a seleção de íons diferentes, dizem os pesquisadores.

p A maioria das membranas de filtragem de corrente separa as moléculas por diferenças significativas no tamanho da partícula ou no tamanho molecular e na carga, mas tem dificuldade em distinguir íons de átomo único por causa de seu pequeno tamanho e quando suas cargas elétricas são quase idênticas.

p Por contraste, as membranas dos pesquisadores da Tufts são capazes de separar íons que diferem apenas por uma fração de seu diâmetro atômico, mesmo quando suas cargas elétricas são quase idênticas.

p Zwitterco, uma empresa sediada em Cambridge que ajudou a financiar este trabalho, estará explorando o aumento de escala na fabricação de membranas separadoras de íons para testar sua aplicação em ambientes industriais.